آیا روزی می‌توانیم با کهکشان‌های دیگر صحبت کنیم؟

در جهان ما، نور بیشترین سرعت را دارد. سرعت نور چیزی در حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه است. نور با این سرعت باورنکردنی، می‌تواند در عرض یک ثانیه،‌ ۵۰ بار فاصله‌ی میان لندن تا نیویورک را برود و برگردد. ما برای برقراری ارتباط، عموما از امواج الکترومغناطیسی که با سرعت نور حرکت می‌کنند، استفاده می‌کنیم. الکترومغناطیس پایه و اساس کل ارتباطات مدرن و اینترنت ماست. پیام‌ها آن‌قدر سریع منتقل می‌شوند که عملا تاخیری در مکالمات تلفنی زمینی مشاهده نمی‌کنیم. نور علی‌رغم سرعت خیلی زیادی که دارد، برای طی مسافت‌های طولانی در فضا خیلی کند است. مثلا رسیدن آن به مریخ حدود ۱۲ دقیقه طول می‌کشد. تا ما از زمین «سلام» کنیم و کسی از روی مریخ جواب سلام ما را بدهد، ۲۴ دقیقه زمان صرف شده است. پس سرعت نور آن‌قدرها هم که فکر می‌کردیم زیاد نیست. نور برای رسیدن به دوردست‌ّهای منظومه‌ی شمسی چیزی در حدود ۱۸ ساعت در راه است و برای رسیدن به نزدیک‌ترین ستاره، حدود ۴ سال. نزدیک‌ترین کهکشان به ما نیز ۳ میلیون سال نوری فاصله دارد. اگر قرار باشد به سفرهای فضایی دوردست برویم یا شهرهایی را روی سیارات دیگر بسازیم، تکلیف برقراری ارتباط چه می‌شود؟ به نظر می‌رسد که نور برای برقراری ارتباط خیلی کند است. آیا روزی ارسال پیام با سرعت فراتر از نور میسر می‌شود؟

ایده‌ی ارسال پیام با سرعت فراتر از نور خیلی خوب است. با این حال یک مشکل بزرگ وجود دارد. مشکل این است که اساسا قوانین فیزیک، حتی به صورت نظری هم امکان رسیدن به سرعت‌های فراتر از نور را به هیچ چیزی نمی‌دهند. اگر قرار باشد به سرعتی فراتر از نور برسیم، باید بر روی نظریه‌ی نسبیت خاص انشتین خط بطلان بکشیم. با این حال اینکه نظریه‌های مختلف علم در معرض اتهام باشند و روزی ابطال شوند، چیزی نیست که در علم اتفاق نیفتاده باشد. اتفاقا این یکی از خواص مثبت روش علمی است. ممکن است نظریه‌ها باطل یا ترمیم شوند. به همین دلیل هم عده‌ی زیادی با فرضیه‌پردازی، سعی می‌کنند راه‌حل‌هایی برای گذر از سرعت نور پیدا کنند.

تا به حال اساسا برای برقراری ارتباط، به سرعت فراتر از نور احتیاج نداشتیم. دورترین جایی که انسان به آن سفر کرده، ماه است که حدود ۳۸۴ هزار کیلومتر با زمین فاصله دارد. نور برای طی کردن این مسافت فقط ۱.۳ ثانیه در راه است. تاخیری که در مکالمه با فضانوردان روی ماه رخ می‌دهد، چیزی شبیه به تاخیری است که گاهی اوقات در مکالمه‌‌های تلفنی زمینی با دوستی که در یک کشور خارجی دور قرار دارد تجربه می‌کنیم. البته مکالمه با تاخیر پاسخ ۲.۶ ثانیه‌ خیلی لذت بخش نیست، ولی به هر صورت مشکل زیادی هم ایجاد نمی‌کند.

ولی اگر به مکانی دورتر مثل مریخ سفر کنیم، مشکلات ما شروع می‌شود. مریخ به طور متوسط در فاصله‌ی حدود ۲۲۵ میلیون کیلومتری زمین قرار گرفته است. طی این مسافت برای نور حدود ۱۲.۵ دقیقه طول می‌کشد. مکالمه با فضانوردانی که روی مریخ قرار دارند، با تاخیر ۲۵ دقیقه‌ای همراه است. هرچه از زمین دورتر می‌شوید، برقراری ارتباط دو طرفه از این هم سخت‌تر می‌شود. فضاپیماهای «وویجر» (Voyager) ناسا که در اواخر دهه‌ی ۷۰ میلادی برای کاوش منظومه‌ی شمسی پرتاب شدند، اکنون در فراسوی منظومه‌ی شمسی و چیزی در حدود ۱۹.۵ میلیارد کیلومتری زمین قرار دارند. علی‌رغم این فاصله‌ی زیاد، هنوز می‌توانیم سیگنال‌های آن‌ها را دریافت کنیم. با این حال هر سیگنال وویجر برای رسیدن به زمین حدود ۱۸ ساعت در راه است. نزدیک‌ترین ستاره به خورشید، آلفا قنطورس نام دارد و فاصله‌ی آن در حدود ۴۰ تریلیون کیلومتر است. نور برای طی این مسافت بیش از ۴ سال در راه است. به بیانی دیگر،‌ فاصله‌ی این ستاره تا زمین، ۴ سال نوری است. هر فضاپیمایی به این ستاره سفر کند، عملا ارتباطش با زمین قطع می‌شود.

طبق نظریه‌ی نسبیت خاص انشتین، هیچ چیز در عالم نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند و سرعت نور در کل جهان ثابت است. «لس دویچ» (Les Deutsch) از آزمایشگاه JPL ناسا که سال‌ها در ساخت سامانه‌ی ارتباطی اعماق فضا برای ناسا همکاری کرده می‌گوید: «برای یافتن راه شکستن محدودیت سرعت نور، باید در قوانین فیزیک به صورت جدی تجدید نظر کنیم.»

هیچ چیز در عالم نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند و سرعت نور در کل جهان ثابت است.

تقریبا همه‌ی ارتباطات فضایی ما با استفاده از امواج رادیویی انجام می‌شود. امواج رادیویی با سرعت نور در محیط خلاء فضا حرکت می‌کنند. فناوری ارتباطی لیزری اکنون در حال پیشرفت است، با این حال هنوز جایگزین ارتباط رادیویی نشده است. البته فناوری ارتباطی لیزری هم دردی را از نظر سرعت دوا نمی‌کند و سرعت آن نیز مثل امواج رادیویی به اندازه‌ی نور است.

ما نمی‌توانیم سرعت انتقال داده‌ها را افزایش دهیم، با این حال می‌شود مقدار داده‌هایی که در عرض یک ثانیه منتقل می‌شوند را زیاد کنیم. دویچ می‌گوید: «یکی از کارهایی که در حال انجام آن هستیم این است که فرکانس حامل را بیشتر کنیم و آن را از ۸ گیگاهرتز به ۳۰ گیگاهرتز برسانیم.» هرچه فرکانس بیشتر باشد، پهنای باند نیز بیشتر می‌شود و می‌توانیم در هر ثانیه حجم داده‌های بیشتری را منتقل کنیم. استفاده از روش‌های جدید فشرده‌سازی داده‌ به ما اجازه می‌دهد که اندازه‌ی داده‌های ارسالی را کاهش دهیم و بالطبع بتوانیم مقدار آن‌ها در هر ثانیه را بیشتر کنیم.

به جز این، یک راه هیجان انگیز دیگر هم وجود دارد. راهی که در فیلمی مثل «میان‌ستاره‌ای» (Interstellar) دیده‌ایم. دویچ می‌گوید: «نظریه‌ی نسبیت، وجود پدیده‌هایی مثل کرم‌چاله‌ها را ممکن می‌داند. کرم‌چاله‌هایی که می‌توانند در فضا-زمان تونل ایجاد کنند و میان‌برهایی باشند به مکان‌های مختلف کیهان. ساده‌ترین راه برای تصور یک کرم‌چاله این است که بر روی یک برگ کاغذ، با فاصله دو نقطه بگذارید. برای وصل کردن این دو نقطه به هم از نزدیک‌ترین راه، کافیست یک خط مستقیم بین آن‌ها بکشید. ولی یک راه نزدیک‌تر هم وجود دارد، کافیست که کاغذ را تا کنید تا دو نقطه از پشت به هم برسند. در آن هنگام می‌توانید با استفاده از یک سوزن، سوراخی ایجاد کنید تا دو نقطه به هم وصل شوند. در فضا نیز کرم‌چاله‌ها می‌توانند چنین نقشی داشته باشند.

به راه‌های دیگر برای برقراری ارتباط با سرعت فراتر از نور هم فکر شده است. یکی از آن‌ها، استفاده از پدیده‌ای عجیب در فیزیک کوانتم به نام «درهم‌تنیدگی کوانتمی» است که می‌گوید دو ذره‌ی مجزا که فاصله‌ی زیادی از هم دارند می‌توانند دارای ویژگی‌های مشترک باشند. «اد ترولوپ» (Ed Trollope) که یک مهندس عملیات فضاپیما در آلمان است می‌گوید: «با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتمی، وقتی که دو ذره در دو مکان مختلف داشته باشید که ویژگی‌های شبیه به هم دارند، ویژگی‌های یکی را که تغییر می‌دهید، بلافاصله ویژگی‌های ذره‌ی دیگر هم تغییر می‌کند. خیلی جالب است بگوییم که با استفاده از این روش، می‌توانیم ارتباطات لحظه‌ای داشته باشیم.»

البته این کار آن‌قدرها هم که تصور می‌شود آسان نیست، اگر شما دو ذره‌ی در هم‌تنیده داشته باشید و یکی از آن‌ها را درون فضاپیما و دیگری را در ایستگاه زمینی نگهداری کنید، تغییر در وضعیت ذره‌ای که در فضاپیما قرار دارد می‌تواند وضعیت ذره‌ی زمینی را هم تغییر دهد، با این حال ترولوپ می‌گوید فردی که وضعیت ذره‌ی روی زمین را زیر نظر گرفته، نمی‌تواند بدون دریافت یک پیام تشریحی، بفهمد که مسافران فضاپیما چه می‌خواهند به او بگویند. این پیام تشریحی نیز فقط با سرعت نور حرکت می‌کند. به بیان دیگر، در‌هم‌تنیدگی کوانتمی نمی‌تواند راه مناسبی برای ارتباط با سرعت فرانور باشد.

یک سری ذرات فرضی وجود دارد به نام «تاکیون» که می‌توانند با سرعت فرانور حرکت کنند. نظریه‌ی نسبیت خاص وجود آن‌ها را انکار نمی‌کند و اگر واقعا وجود داشته باشند،‌ می‌توانند با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کنند. با این حال این هنوز بدین معنی نیست که ذرات می‌توانند ارتباط با سرعت فرانور را بوجود آورند.

ترولوپ می‌گوید: «این ذرات ممکن است بتوانند با سرعت بیشتر از نور حرکت کنند، با این حال تاکیون‌ها نمی‌توانند برهمکنش داشته باشند.» این عدم توانایی در برهمکنش بدین معنیست که نمی‌شود از تاکیون‌ها برای ارتباط استفاده کرد. اگر ارتباط فرانور میسر باشد، تاثیر بسیار زیادی بر ماموریت‌های فضایی می‌گذارد. ترولوپ می‌گوید: «فضاپیمای روزتا که بر روی دنباله‌دار «چوریوموف –جراسیمنکو» فرود آمد، ۳۰ تا ۴۰ دقیقه تاخیر زمانی داشت. بنابراین ارتباط با سرعت فرانور تاثیر زیادی در ماموریت‌ها خواهد داشت.» هرچند که نظریه‌ی استفاده از تاکیون‌ها و درهم‌تنیدگی کوانتمی خیلی جالب به نظر می‌رسند، ولی راه‌های خوبی برای ارتباط با سرعت فراتر از نور نیستند. اگر کرم‌چاله‌ها وجود داشته باشند و سیگنال‌ها بتوانند از آن‌ها عبور کنند، ممکن است بتوانیم با سرعت فراتر از نور ارتباط برقرار کنیم. ولی فعلا ارتباط با سرعت بیشتر از نور امکان‌پذیر نیست.